2.1.2 電機學的基本電磁定律

電機及許多電器都是利用電磁現象及規律制造的，電能的傳遞與機電能量轉換是利用電磁耦合作用來實現的。機電能量轉換的媒介是磁場，在工程中，通常將磁場問題簡化為磁路問題。大量的電機與電氣設備都含有線圈和鐵心。當繞在鐵心上的線圈通電后，鐵心就會被磁化而形成鐵心磁路，磁路又會影響線圈的電路。因此，電機電器技術不僅有電路問題，同時也有磁路問題。

1. 電路基本定律

由電路理論我們知道，電路基本定律遵循：基爾霍夫第一定律∑i＝0和基爾霍夫第二定律∑e＝∑u。

2. 磁路基本定律

磁路是由鐵心與線圈構成的讓磁通集中通過的閉合回路，如圖2-2所示的磁路可看成均勻磁路，即材料相同截面相等的磁路。該磁路中各點的磁場強度H大小相等。由物理學可知，描述磁路及磁場的基本物理量有磁感應強度B、磁場強度H、磁通量Φ及磁導率μ。下面簡要回顧磁路的基本定律。

（1）安培環路定律

在磁路中，沿任意閉合路徑，磁場強度的線積分等于與該閉合路徑交鏈的電流的代數和。即

式中，N為線圈匝數。

計算電流代數和時，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負號。

（2）磁路的基爾霍夫第一定律

（3）磁路歐姆定律

設均勻磁路長為l，磁路面積為S，則B、H與μ之間的關系為：。由安培環路定律，知，令，則磁路歐姆定律為

式中，Rm與Ф成反比，反映對磁通的阻礙作用，稱為磁阻。其與磁路的幾何尺寸、磁介質的磁導率有關，單位：H－1。F＝NI是產生Ф的原因，稱為磁動勢，單位：A。

式（2-3）與電路歐姆定律形式相似。但電路中的電阻是耗電能的，而磁阻Rm是不耗能的。鐵磁材料的Rm不為常數，式（2-3）用來對磁路做定性的分析，一般不用來做定量分析。

3. 電磁感應定律

線圈磁鏈變化將在線圈中感應電動勢，分兩種情況：

（1）磁場相對靜止，線圈中磁通本身隨時間交變引起的感應電動勢稱為變壓器電動勢，即

規定電動勢正方向與磁通正方向符合右手螺旋定則。

（2）磁場大小恒定，導體以勻速運動切割磁力線而在導體產生切割電動勢稱為速率電動勢，即

判斷速率電動勢方向遵循右手定則。

4. 電磁力定律

載流導體在磁場中受力為

受力方向由左手定則確定，在電機學中主要用于分析旋轉電機的電磁轉矩。

5. 能量守恒定理

電機、變壓器在能量傳遞、轉換過程中，應符合能量守恒定律：